Pochodził z rodziny algierskich Żydów. Od dziecka był zafascynowany kinem, do którego trafił poprzez ruch amatorski. Mając 13 lat zrealizował film Le mal du siècle (1950), który wygrał Festiwal Filmu Amatorskiego w Cannes.
Kręcił filmy krótkometrażowe, reklamówki dla telewizji, a w czasie służby wojskowej w Algierii – filmy instruktażowe. Pracując w kronice filmowej w 1956 wygrał ogłoszony przez Amerykanów konkurs na najlepszy reportaż zdjęciowy z Moskwy.
Jego kameralne, niespieszne w akcji, pozbawione dramaturgii i niemal zawsze zakończone happy endem filmy krytycy francuscy nazywają „lelouchien” (w Polsce używano terminu „lelouchy”). Określenie „lelouch” odnosi się również do nieostrego elementu na pierwszym planie kadru, bardzo często spotkanego w jego filmach.
Założył własną firmę Les films 13. Krytyka przyjmowała jego filmy z coraz większą rezerwą jako banalną twórczość rozrywkowo-sentymentalną. Ponadto zrealizował cykl filmów kryminalno-społecznych (np. Czy zabiła?), miniserial telewizyjny Jedni i drudzy (z udziałem m.in. Daniela Olbrychskiego), sequel do swojego największego hitu Kobieta i mężczyzna: 20 lat później, a także Piano Bar. Był twórcą jednej z 11 części międzynarodowego filmu poświęconego reakcji na zamach na World Trade Center – 11.09.01.
Był związany z modelką Gunillą Friden, z którą ma córkę Sarah Lelouch (ur. 7 czerwca1976). Był żonaty z Evelyne Bouix (1980-1985; jedno dziecko) i Marie-Sophie Pochat (1986-1992, z którą ma troje dzieci). W 1993 ożenił się po raz trzeci z Alessandrą Martines, z którą ma córkę Stellę.